Перейти к содержанию

Самонагрев датчика температуры

Чтобы измерить сопротивление термистора или Pt100, через него пропускают ток, а микросхема-датчик потребляет питание. Эта мощность нагревает сам датчик, и он показывает свою температуру, немного выше температуры среды. Это и есть ошибка самонагрева.

Обновлено Редакция GAW

Самонагрев (self-heating) — ошибка датчика температуры, вызванная мощностью, которая выделяется в самом датчике: током измерения в термисторе или термосопротивлении, током питания в микросхеме. Датчик нагревается выше температуры среды на величину, пропорциональную этой мощности:

ΔT=Pδ=P⋅Rθ,P=I2R или P=Uпит⋅Iпот,\Delta T = \frac{P}{\delta} = P \cdot R_\theta, \qquad P = I^2 R \ \text{или} \ P = U_\text{пит} \cdot I_\text{пот},

где δ — коэффициент рассеяния (мВт/К), Rθ — обратная ему величина (К/мВт), в которой самонагрев дают даташиты на Pt100.

Типичные значения

ДатчикПараметрСамонагрев
NTC Vishay NTCLE100E3δ = 7 мВт/Кделитель 10/10 кОм, 3,3 В: 0,27 мВт → ~0,04 °C
Pt100 Vishay PTS (чип)0,7–0,9 К/мВт1 мА → 0,1 мВт → 0,07–0,08 °C (0805, 1206; у 0603 предел 0,5 мА)
TI LM35ток < 60 мкА0,08 °C в неподвижном воздухе
TI TMP117410 мкВт при 3,3 В~0,04 °C

Расчётные строки (0,27 мВт, 0,1 мВт) — наша арифметика по данным даташитов. Значения сильно зависят от монтажа: Vishay оговаривает, что числа для PTS даны для самого элемента, а подложка, площадки и дорожки их меняют.

Как уменьшить

  • Ток измерения брать минимальным: AN687 Microchip прямо связывает ток возбуждения RTD с самонагревом; у Pt100 — доли миллиампера.
  • Питать делитель или мост только на время измерения.
  • У цифровых датчиков — режим однократного преобразования и редкий опрос, как советует TI для TMP117.

Не путать с самонагревом стабилитрона или резистора, при котором меняется не показание датчика, а сам параметр компонента — например, напряжение стабилизации от собственного нагрева (см. калькулятор стабилитрона). И с нагревом датчика от платы и соседних компонентов: он не зависит от тока измерения, и от него спасает разводка, а не режим. Обзор датчиков с их точностью — в статье «Датчики температуры», пересчёт сопротивления в температуру — в калькуляторе NTC и калькуляторе Pt100.

Частые вопросы

Какой ток можно пропускать через Pt100?

У тонкоплёночных Pt100 Vishay PTS — от 0,1 до 0,5 или 1 мА в зависимости от размера: при таком токе непрерывно ошибка самонагрева меньше 0,1 °C. При 1 мА на 100 Ом рассеивается 0,1 мВт, и корпуса 0805 и 1206 (0,8 и 0,7 К/мВт) нагреются на 0,08 и 0,07 °C (наш расчёт); для 0603 (0,9 К/мВт) допустимо только до 0,5 мА.

Как рассчитать самонагрев термистора?

Разделить рассеиваемую мощность на коэффициент рассеяния: ΔT = P / δ. У NTCLE100E3 δ = 7 мВт/К. В делителе 10 кОм / 10 кОм от 3,3 В на термисторе при 25 °C рассеивается около 0,27 мВт — это примерно 0,04 °C. Чтобы снизить ошибку, берут больший резистор делителя или подают питание только на время измерения.

Греется ли цифровой датчик температуры?

Да, от собственного тока потребления. TI оценивает самонагрев LM35 в 0,08 °C в неподвижном воздухе, а TMP117 при непрерывных преобразованиях — около 40 тысячных градуса. TI советует для TMP117 режим однократного измерения и редкие преобразования.

Источники

  1. Vishay BCcomponents. NTCLE100E3 — NTC Thermistors, Radial Leaded, Standard Precision (Document Number 29049, Revision 07-May-2025) — с. 1, Quick Reference Data: коэффициент рассеяния 7 мВт/К (справочный, условия не указаны)
  2. Vishay Beyschlag. PTS: Temperature Dependent Platinum Thin Film Chip Resistor (RTD) (Document Number 28762, Revision 25-Feb-2025) — с. 3: самонагрев в неподвижном воздухе не более 0,9 / 0,8 / 0,7 К/мВт по размерам; токи измерения Pt100 0,1–0,5 / 0,1–1,0 / 0,1–1,0 мА допустимы непрерывно с самонагревом меньше 0,1 °C; значения — для элемента без монтажа
  3. Texas Instruments. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors (SNIS159H, revised December 2017) — разд. 1: самонагрев 0,08 °C в неподвижном воздухе, ток потребления меньше 60 мкА
  4. Texas Instruments. TMP117 High-Accuracy, Low-Power, Digital Temperature Sensor With SMBus- and I2C-Compatible Interface (SNOSD82D, revised September 2022) — разд. 8.2.2.2: самонагрев пропорционален рассеиваемой мощности; 410 мкВт при 3,3 В и 25 °C в режиме непрерывного преобразования — около 40 м°C в неподвижном воздухе, 52 м°C при 150 °C
  5. Microchip. AN687: Precision Temperature-Sensing With RTD Circuits (DS00687C, 2008) — ток возбуждения RTD рассеивает мощность в элементе и вызывает самонагрев

Нашли ошибку?

Смотрите также